La oseointegración de implantes de titanio con diferentes

Blanco López P, Monsalve Guil L, Matos Garrido N, Moreno Muñoz J, Nuñez Márquez E, Velasco Ortega E.La oseointegración de implantes de titanio con diferentes superficies rugosas

AVANCES EN ODONTOESTOMATOLOGÍA/141

La oseointegración de implantes de titanio con diferentes superficies rugosasOsseointegration of titanium implant with several rough surfacesBlanco López P*, Monsalve Guil L**, Matos Garrido N***, Moreno Muñoz J***, Nuñez Márquez E***, Velasco Ortega E****

RESUMEN

La superficie de los implantes es muy importante para conseguir la oseointegración. Existen muchos tipos de superficies en los implantes dentales. La investigación en superficie de implantes comienza con la superficie mecanizada. La superficie rugosa incrementa la adherencia celular y muestra una mayor área de contacto hueso-implante. El recubrimiento con plasma de titanio e hidroxiapatita fueron méto-dos comunes para modificar la rugosidad de la superficie. Más recientemente, el arenado (ej. alúmina) y el grabado ácido (ej. chorhídrico, sulfúrico, nítrico) son otros procesos que pueden incrementar la superficie rugosa de los implantes. Más recientemente, la tecnología ha comenzado en la implantología oral con el desarrollo de superficies porosas que manifiestan una mejor respuesta osteogénica e incre-menta la unión mecánica hueso-titanio. La oseointegración parece estar influenciada por los modelos de especies animales. En el conejo el proceso es más rápido que en el perro, y en el perro es más rápido que en el hombre. La incorporación de nuevos materiales y procesos técnicos en la investigación sobre superficies de implantes ofrecen nuevas posibilidades de mejorar su respuesta tisular y su potencial óseo regenerativo.Conclusiones. El tratamiento de la superficie de los implantes constituye un importante campo en futuras investigaciones de la implantología oral mediante los estudios de experimentación.

PALABRAS CLAVE: Implantes dentales, superficie de implante, superficie rugosa, arenado, grabado ácido, oseointegración.

SUMMARY

Implant surface is very important for enhance the osseointegration. They are many types of dental implant surfaces. Implant surface research begins with machined surface. Roughened surface titanium increase cell adhesion and exhibit stronger bone-implant contact area. Plasma-spray and hydroxyapatite coating were common methods for rough surface modification. Most recently, blasting (i.e. alumina) and acid-et-ching (i.e. hydrochloric, sulphuric and nitric) are another process by which surface roughness can be increased. Most recently, technology begins in implant dentistry with the development of porous surfaces that manifest better osteogenic response and increase bone-titanium mechanical interlocking. Osseointe-

* Licenciado en Odontología. Facultad de Medicina y Odontología. Universidad de Santiago de Compostela. ** Profesora Asociada de Odontología Integrada de Adultos. Profesor del Máster de Implantología Oral. Facultad de Odontología. Universidad de Sevilla. *** Profesor Asistente de Odontología Integrada de Adultos. Profesor del Máster de Implantología Oral. Facultad de Odontología. Universidad de Sevilla. **** Profesor Titular de Odontología Integrada de Adultos. Director del Máster de Implantología Oral. Facultad de Odontología. Universidad de Sevilla.

AVANCES EN ODONTOESTOMATOLOGÍAVol. 34 - Núm. 3 - 2018

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gration appeared to be strongly influenced by the animal species model. The rabbit model was faster com-pared to the dog model, and the dog model was faster the human model. The introduction of new materials and new technical process in dental surfaces research offering new possibilities for better tissue response and bone regenerative potential. Conclusions. The surface modifications of titanium constitute an important field for future research of im-plant dentistry by experimental studies.

KEY WORDS: Dental implants, implant surface, rough surface, sandblasted, acid-etched, osseointegration.

Fecha de recepción: 22 de enero 2018. Fecha de aceptación: 2 de abril 2018.

Blanco López P, Monsalve Guil L, Matos Garrido N, Moreno Muñoz J, Nuñez Márquez E. Velasco Ortega E. La oseointegración de implantes de titanio con diferentes superficies rugosas 2018; 34, (3): 141-149.

INTRODUCCIÓN

La implantología oral ha revolucionado la prác-tica clínica odontológica demostrando que la rehabilitación oral de los pacientes con pérdi-das dentales unitarias, múltiples o totales con implantes dentales es un tratamiento predecible y con una elevada tasa de éxito. En este sen-tido, los resultados favorables a largo plazo de los tratamientos implantológicos orales está re-lacionado con el desarrollo del fenómeno de la oseointegración y de una buena reacción de los tejidos periimplantarios1.

La investigación experimental y la experiencia clínica en implantología oral ha originado el desarrollo de diferentes superficies de implan-tes que mejoran los fenómenos biológicos de la oseointegración y favorecen los resultados clínicos de los implantes en el tratamiento de los pacientes con diversos grados de pérdidas dentales1.

Desde la introducción de la superficie mecani-zada por la escuela sueca de Branemark, pos-teriormente las superficies por aposición de plasma de titanio (escuela suiza de Schroe-der) o hidroxiapatita, hasta las más recientes con sustracción de material, con chorreado de arena y/o grabado ácido existe una intensa y prolongada trayectoria investigadora con es-tudios de laboratorio (in vitro), con animales de experimentación ( in vivo) y con pacientes

en su incorporación a la clínica que constitu-ye en la actualidad uno de los campos más importantes de la implantología oral 2-3.

El material más frecuentemente utilizado en la realización de los implantes dentales ha sido el titanio comercialmente puro, debido a que presenta una gran biocompatibilidad y constituye el material ideal para conseguir la oseointegración con éxito a largo plazo tras la carga funcional4. La biocompatibilidad del titanio está relacionada con las propiedades de su óxido de superficie. En contacto con el aire o el agua, el titanio rápidamente forma un espesor de óxido de 3-5 nm a la temperatura ambiente. El óxido más frecuente es el dióxi-do de titanio (Ti O2). Este óxido es muy re-sistente al ataque químico lo que hace que el titanio sea uno de los metales más resistentes a la corrosión y que contribuye a su biocom-patibilidad. Además el titanio es un material de una resistencia más que suficiente para su aplicación clínica5.

IMPLANTES CON SUPERFICIE MECANIZADA

El prototipo de los implantes con esta su-perficie fué el desarrollado por el grupo sue-co de Branemark5. Aunque su superficie se consideraba lisa, sin embargo el proceso de fresado y pulido creaba algunas irregulari-dades mínimas que le daban cierto carácter



de rugosidad, por lo que se aceptaba más el término de mecanizada6. La superficie me-canizada es la que más ha sido estudiada en el laboratorio ya que los estudios pioneros de Branemark fueron realizados con este tipo de superficie, concluyendo en el concepto de oseointegración que definía la naturaleza de la unión del titanio al hueso de una forma es-table y predecible, como el “contacto directo entre el hueso vivo y la superficie del implan-te cargado funcionalmente sin interposición de tejido blando a nivel del microscopio óp-tico”7-8. La experiencia clínica acumulada en los últimos 40 años con esta superficie mecanizada, ha demostrado que la inser-ción de varios implantes pueden soportar una rehabilitación fija con un éxito superior al 90%. Además, las rehabilitaciones orales fijas sobre implantes oseointegrados pueden satisfacer globalmente al paciente edéntulo al proporcionar una gran estabilidad prosto-dóncica lo que mejora la función oral, con una estética aceptable muy favorable9-10.

IMPLANTES CON SUPERFICIE RUGOSA

La superficie de los implantes o más preci-samente, la topografía superficial de los im-plantes, es decir su grado de rugosidad y la orientación de estas irregularidades su-perficiales constituye desde hace más de 15 años, un reto de investigación e interés en la implantología oral. No hay que olvi-dar que el tratamiento de la superficie de los implantes orales incrementado la rugosidad o desarrollando microcavidades, fisuras o grietas mediante diversas tecnologías puede favorecer la unión entre las macromoléculas de la superficie del implante y del hueso, in-crementando la integración del implante con una mejor respuesta tisular osteoblástica y resultando en una mayor resistencia a la compresión, tensión y estrés. Esta respuesta biológica y física se ha correspondido con los resultados clínicos de muchos estudios que demuestran que la utilización de implantes con superficie rugosa mejora la oseointegra-ción y el éxito del tratamiento con los pa-cientes11-12.

Inicialmente, la posibilidad de incrementar la rugosidad de la superficie de los implantes

mediante la aposición de material como el plasma de titanio o la hidroxiapatita fué de-sarrollado por algunas empresas de implan-tes con el objetivo de favorecer la superficie de contacto hueso-implante13. La superficie recubierta con plasma de titanio incrementa la superficie de contacto hueso-implante y puede estimular la osteogénesis por meca-nismos de adhesión celular, además aumen-tan la resistencia a las cargas funcionales convencionales, a la tracción y cizallamien-to14. La hidroxiapatita ha sido utilizada para incrementar la rugosidad de la superficie de los implantes de forma similar a la de TPS. La unión entre esta superficie y el hueso es mayor que la del titanio. De hecho se ha de-mostrado histológicamente que la superfi-cie recubierta de hidroxiapatita provoca una mayor adhesión osteoblástica y proliferación de la matriz extracelular que mejora la unión hueso-implante15.

Posteriormente, la investigación experimen-tal ha desarrollado por nuevas superficies que presentan la característica común de que su rugosidad ha sido conseguida por sustracción de material. Es decir, las diferen-tes superficies de los implantes han sido tra-tadas con diversas substancias (arenado de alúmina, etc) y/o ácidos (clorhídrico, nítrico, sulfúrico) que han provocado en su superfi-cie diversos grados de rugosidad, manifes-tadas por grietas, cavidades o hendiduras con el objetivo de lograr una superficie más biocompatible y que mejore su unión con el hueso del paciente2-3,11-13.

Estos tipos de superficies presentan la evi-dencia experimental de un incremento en la adherencia celular (estudios in vitro), y una mayor y más rápida unión hueso-implante (estudios in vivo)16-17. Los estudios in vitro demuestran que estas superficies rugosas incrementan la actividad de los osteoblas-tos con una mayor producción de proteínas morfogenéticas que acelera la respuesta bio-lógica celular16.

Los estudios in vivo en animales de experi-mentación demuestran que la unión de es-tas superficies rugosas mejora la unión del implante al tejido óseo. En este sentido, los estudios histomorfométricos confirman un



mayor diferencia en el porcentaje de unión hueso-implante entre estas superficies y las mecanizadas; y así mismo los valores de la fuerza de torque necesarias para la remoción de los implantes insertados son mayores en los implantes con superficies rugosas por sustracción17.

Los implantes con superficie arenada han demostrado que incrementan la adhesión, proliferación y diferenciación osteoblástica16. En este sentido, la rugosidad y las caracte-rísticas topográficas son de los aspectos más relevantes de la superficie de implantes para el éxito de la oseointegración. La topografía afecta a la interacción celular, que influye en la orientación, migración, crecimiento y di-ferenciación de las células que se adhieren a la superficie. Las investigaciones in vitro e in vivo han demostrado que la rugosidad de la superficie arenada estimula la oseointegra-ción de los implantes dentales16.

El grado de rugosidad de la superficie arena-da de los implantes, su química, su topogra-fía, y su humectabilidad pueden afectar a la función celular, la adhesión y la viabilidad. El desarrollo de la interfase hueso-implante de-pende de las directas interacciones de los os-teoblastos y la posterior deposición de matriz ósea que son esenciales para la oseointegra-ción. Las células humanas cultivadas sobre las superficies de los implantes tratadas (ej. arenadas, grabadas) muestran más signos de diferenciación celular que las cultivadas sobre superficies mecanizadas16.

El grabado de la superficie de los implantes con diferentes combinaciones de ácidos (áci-do nítrico, clorhídrico, sulfúrico, etc) ha sido introducido para incrementar su rugosidad y mejorar su respuesta biológica18. La adheren-cia celular es estimulada, y la actividad de la fosfatasa alcalina y la osteocalcina se incre-mentan significativamente. Estos hallazgos implican que las características químicas de las superficies tratadas con ácidos, juegan un importante papel en su respuesta celular pudiendo mejorar la oseointegración18.

Los estudios in vivo demuestran que los im-plantes con superficie grabada con ácidos mejoran su oseointegración18. En este senti-

do, se ha demostrado que el grabado ácido de la superficie de los implantes incrementa varias veces la fuerza de la oseointegración determinada por la resistencia a la rotación inversa del torque en comparación con im-plantes de titanio de superficie pulida19.

La superficie SLA incluye en la misma super-ficie dos técnicas de tratamiento, el arenado y posteriormente el grabado ácido. Esta su-perficie presenta una gran evidencia científi-ca de estudios experimentales en laboratorio (in vitro), y con animales (in vivo), que de-muestran su eficacia20-23.

Estudios in vitro demuestra que la superfi-cie tratada con arenado y grabado ácido, in-crementa la rugosidad del implante, y pue-de mejorar la adhesión de células de estirpe osteoblástica y tener un efecto sobre la con-figuración y conformación de pseudópodos celulares lo que aumentaría la proliferación celular en la superficie del implante20. La topografía de la superficie de los implantes parece modular el crecimiento celular y la diferenciación en osteoblastos que afecta al proceso de cicatrización ósea, mostran-do que la topografía de la superficie pue-de influir en la expresión fenotípica de los osteoblastos. Particularmente, la superficie SLA induce un significativa deposición de esta expresión cuando se le compara con la superficie mecanizada, lo que origina una tendencia de las células hacia su madura-ción osteoblástica durante la fase de cicatri-zación ósea21.

Diversos estudios in vivo realizados en ani-males de experimentación han demostra-do que la oseointegración puede facilitarse por el incremento de la rugosidad de la su-perficie de los implantes promovida por la acción del arenado y el grabado ácido (ej. superficie Nanoblast Plus, Galimplant®) Fi-guras 1-3)22-23. Un estudio compara la oseo-integración de dos superficies, SLA y me-canizada en conejos. A los 3 días, una nue-va formación de tejido osteoide se originó rapidamente en la superficie tratada SLA, comparada con la superficie mecanizada. Los osteoblastos comenzaron a depositar un nuevo tejido osteoide en estos primeros días de la cicatrización ósea22. Un estudio simi-



lar investigó los efectos de las modificacio-nes de las superficies en respuestas óseas in vivo para comparar superficies arenadas hidrofílicas, arenadas, arenadas+grabadas, SLA y anodizadas23. Los resultados sugieren que la superficie SLA hidrofílica presentaba una mayor afinidad por el tejido óseo que la anodizada durante el proceso temprano de cicatrización. De hecho, el estudio describió un mayor contacto de coágulos sanguíneos con la superficie SLA23.

LA OSEOINTEGRACION DE LAS SUPERFICIES DE IMPLANTES EN ANIMALES DE EXPERIMENTACIÓN

La superficie de los implantes dentales consti-tuye el puente de unión con el tejido óseo del huésped y hace posible el fenómeno biológico de la oseointegración. La oseointegración es una compleja secuencia de sucesos biológicos, como la proliferación celular, la inducción de los genes relacionados con la maduración y orga-nización del hueso y finalmente con la fase de mineralización de la matriz24-26.

Diferentes tratamientos de la superficie de ti-tanio pueden modificar las propiedades de la microestructura del implante y favorecer la afinidad por el proceso de formación ósea. Las propiedades de la morfología de la su-perficie juegan un papel crítico en la absor-ción de moléculas, la adhesión celular y la maduración de las células osteoblásticas27-28.

La morfología del implante tiene un papel crucial en el contacto hueso-implante y pue-de favorecer el proceso de la oseointegra-ción. Para mejorar la estabilidad del implante se han realizado diferentes modificaciones que pretenden mejorar las propiedades de los implantes de titanio. Estas modificacio-nes de la superficie de los implantes pueden mejorar la interacción hueso-implante, sin embargo, no está claro la explicación de los mecanismos de mejora29.

La imposibilidad por razones éticas de realizar la mayoría de los estudios sobre los mecanis-mos biológicos de la oseointegración en los se-res humanos, impulsó la experimentación ani-mal. Desde los estudios clásicos de la escuela

Figura 3. Implante con superficie arenada+grabada en fémur de conejo (BIC: 53,59%). 40X





sueca con implantes de superficie mecanizada y técnica sumergida y suiza con superficie con plasma de titanio y técnica no sumergida, la contribución de los ensayos realizados en ani-males ha sido fundamental para el desarrollo de la implantología actual30.

Son muchos los trabajos que evalúan la oseo-integración mediante estudios histológicos e histomorfométricos en experimentación ani-mal. De esta forma, se ha podido determinar la cuantificación y el nivel de calidad del con-tacto que consigue la superficie del implante con el hueso receptor a través del tiempo, mediante el uso de diferentes técnicas de tratamiento de las imágenes de los cortes y escalonando el sacrificio de los animales de experimentación (Figuras 1-3)30.

Los métodos de cuantificación utilizados nor-malmente son el análisis histomorfométrico y el porcentaje de contacto hueso-implante (BIC) ya sea a partir de observaciones he-chas en el microscopio óptico como en el microscopio electrónico de barrido (el pro-cesado de las muestras es distinto según el método utilizado para observarlas)30. Dentro del análisis histomorfométrico, se han ido desarrollando parámetros como la cuantifi-cación del número de osteoblastos/osteoci-tos, la distribución de otros tipos de células (fibroblastos, osteoclastos y macrófagos), la distribución y orientación de las fibras co-lágenas, así como el grado de madurez y calcificación, para de esta forma cualificar la oseointegración en función del tiempo y comparar diferentes implantes con un mayor grado de precisión biológica30.

La oseointegración de los implantes dentales de titanio depende de un número importan-te de variables, que son resultados de varios parámetros que no están estandarizados en los sistemas actuales de evaluación. De esta forma, muchas variables determinan la fre-cuencia y extensión de la oseointegración en diferentes tiempos en varias especies. Estos factores necesitan ser identificados y clari-ficados por su significación en la velocidad y extensión de la oseointegración. Se reco-noce que los mecanismos tempranos de la oseointegración son el doble de efectivo que en los seres humanos. Sin embargo, no está

aceptado de forma unánime la metodología para valorar la oseointegración y comparar los diversos estudios30.

El éxito de la oseointegración depende de una serie de factores biológicos que se inte-gran de forma simultánea y secuencial y que definen la complejidad de la respuesta ósea a los implantes dentales. Entre estos factores críticos más importantes se encuentran los relacionados con la macroestructura y su-perficie de los implantes24-30.

Muchos estudios han mostrado que la super-ficie rugosa comparada con la mecanizada presenta una mejor absorción molecular, in-crementa la producción de matriz extracelu-lar y estimula la diferenciación de las células mesenquimales hacia un fenotipo osteoblás-tico. Las células detectan las variaciones en la superficie geométrica a través de meca-nismos de contacto que regulan su expresión fenotípica. Una diferencia de 1 μm puede producir diferentes respuestas relacionadas con su fenotipo específico21, 31.

La superficie de los implantes dentales es uno de los factores que afectan al ratio y la extensión de la oseointegración. El proceso de oseointegración es ahora conocido por la descripción histológica y celular. La adhe-sión de un coágulo de fibrina y la población en la superficie del implante de células san-guíneas y mesenquimatosas, conducen a la organización del osteoide y posteriormente la mineralización. La progresión de los cam-bios de la población celular y la elaboración y modificación de la interfase tejido/implan-te resulta en hueso formado en contacto di-recto con la superficie del implante. Preci-samente la cantidad de superficie que con-tacta con el hueso, la velocidad del hueso y la conexión mecánica natural del hueso/implante es influenciada por la naturaleza del implante32-33.

La investigación experimental in vivo ha uti-lizado a diversos animales de experimenta-ción (ej. perros, cerdos, conejos, ratas) para la evaluación de los materiales relacionados con los implantes dentales. Los conejos pre-sentan algunas ventajas para ser utilizados como modelo animal para testar las superfi-



cies de implantes34-39. Un estudio ha demos-trado la importancia de las propiedades físi-cas y químicas de la superficie de implantes para su integración en el tejido óseo vivo de los conejos Nueva Zelanda34. En este trabajo se compararon tres tipos de superficies (me-canizada, anodizada y SLA) que fueron pre-paradas para su implantación en el fémur de los animales. Todas las superficies se oseoin-tegraron, aunque no hubo diferencias signifi-cativas entre ellas con respecto al grado de oseointegración34.

Un estudio analiza la influencia de la super-ficie de implante en 4 tipos de superficies, (arenada, grabada con ácidos recubierta de hidroxiapatita, grabada con ácidos y arena-da+grabada) en tibia de conejos35. Los inves-tigadores encuentran una clara tendencia a mejores resultados en la arenada+grabada y en la recubierta por hidroxiapatita, aunque sin diferencias significativas. Los implantes estaban en contacto predominantemente con el hueso cortical a lo largo de las estrías cervicales, y con la médula ósea en el resto del cuerpo de los implantes. Se describió una demacración entre el hueso neoformado y el hueso primitivo35.

Diversos estudios experimentales realizados en conejos han valorado el grado de oseoin-tegración de superficies arenadas y grabadas tipo SLA, aunque también con ciertas mo-dificaciones (el grado humectabilidad, intro-ducción en soluciones salinas, nanoporosi-dad), con el objetivo de identificar aquellas características físicas y/o químicas en la su-perficie de los implantes que puedan mejorar el grado de oseointegración36-39.

Los implantes con superficie SLA fueron comparados con implantes con superficie arenada con hidroxiapatita del mismo tama-ño y diseño en la tibia de conejos. 4 semanas después de la inserción se midió la oseointe-gración de los implantes mediante un torque digital de remoción. La rugosidad de los im-plantes fué evaluado mediante un microsco-pio electrónico de barrido. Ambos grupos de implantes presentaron una porosidad regular sin diferencias significativas en el nivel del torque lo que indica un mismo nivel de oseo-integración37.

CONCLUSIONES

La superficie de los implantes influye de for-ma significativa en la oseointegración. En este sentido, las superficies rugosas o tratadas, es-pecialmente con procesos de arenado y/o gra-bado han demostrado una favorable respuesta biológica con una unión directa entre la superfi-cie de los implantes y el hueso, en estudios rea-lizados en animales de experimentación, sobre todo en conejos Nueva Zelanda.

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CORRESPONDENCIA:

Prof. Eugenio Velasco OrtegaFacultad de OdontologíaC/ Avicena s/n 41009 SevillaEmail: [email protected]: 954 481132

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La oseointegración de implantes de titanio con diferentes